JPS5926647Y2 - レ−ダ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はレーダ方式に関し、特に複数個のアンテナ素子
を配列してそれぞれのアンテナ素子の移相量を制御して
合成された空中線ビームを任意の方向に指向するアンテ
ナシステム（以下フェーズド・アレイ・レーダと略称す
る）において使用するディジタル移相器を送信・受信に
共用するための制御回路を備えたレーダ方式に関する。

一般にこの種のフオーズド・アレイ・レーダ方式におい
ては隣接するアンテナ素子間の給電電流に ただし ｄ：隣接素子間隔 λ：波 長 向：走査角度 で表わされるだけの位相差を与えてやれば、所望の方向
θ。

にビームを向けることができる。ここで給電位相を変え
るデバイスとしてＰＩＮダイオードを用いたディジタル
型Ｎビット移相器を使用する場合について考えると、こ
の場合には給電位相は３６０°／２Ｎおきに階段状に変
化させることが可能であり、たとえば５ビツトとする単
位移相量は３６０／２５＝１１．２５°となる。

この移相量はＰＩＮダイオードに順次方向のバイアスを
印加することによって与えられる。

さてフェーズド・アレイ・レーダはこのような移送器を
各アンテナ素子に内蔵したもので、以下図面を用いて詳
細に説明する。

第１図はフェーズド・アレイ・レーダを構成しているモ
ジュール単体のブロック図である。

図において、１はアンテナ、２は第１の送受切換スイッ
チ（以下Ｔ、Ｒスイッチとする）、３は混合器、４はサ
ーキュレータ、５は発振器、６は第２の送受切換スイッ
チ（以下Ｔ、Ｒスイッチとする）、７は移相器、８はプ
リアンプである。

つぎにこの装置の動作を説明する。

まず送信時にはＲＦ入力端９より周波数ｆ８の注入同期
信号が入り、この信号が移相器７を通って送信に必要な
移相情報を与えられ、第２のＴ、Ｒスイッチ６で送信側
Ｔへ送られ、サーキュレータ４を介して発振器５に加え
られる。

この時同じタイミングで発振器５には駆動用のパルスが
加えられ、発振器５は注入同期信号に同期して発振し、
見掛上増幅器と同様の動作を行なう。

そしてこの発振器５の出力はサーキュレータ４を通り第
１のＴ、Ｒスイッチ２によりアンテナ１へ切換えられて
空間に放射される。

つぎに受信時にはアンテナ１で受信した信号は第１のＴ
、Ｒスイッチ２によって混合器３の信号入力端に切換え
られる。

このときＲＦ入力端９からは周波数ｆｔ、なる局部発振
信号が移相器７および第２のＴ、Ｒスイッチ６を通って
受信に必要な移相情報を与えられ、混合器３に加えられ
る。

混合器３ではアンテナ１からの受信信号周波数ｆＳとＲ
Ｆ入力端９より局部発振信号周波数ｆＬが混合され、中
間周波数ｆｌＦなるＩＦ倍信号作られ、この信号がプリ
アンプ８を通ってＩＦ出力端１０より取出される。

ここでミキサダイオードの２乗検波を利用するものとし
、さらにＩＦ倍信号関係する項のみを求めると次式が得
られる。

いまＩＦ倍信号して下側側帯波を用いる時は第２項目を
取出せばよい。

第２図は第１図のモジュールにより構成された最も簡単
なフェーズド・アレイ・レーダシステムの説明図で２個
のモジュールより構成されたアレイ・アンテナを示す。

まず送信時においてビームをθ。

方向に向けるためには、基準アンテナ１１に対してアン
テナ１２の給電電流には式（１）で与えられる位相差を
与えてやればよい。

すなわちアンテナ１２に対しては注入同期信号に移相器
７で＋φだけの移相器量を与えてやる必要がある。

このようにすればアンテナ１１、アンテナ１２より放射
される電磁波はＡ−Ａ’面ですべく同位相となり、Ａ−
Ａ′ＷＪと直交するθ０方向にビームが向くことになる
。

つぎに受信時にはθ。

方向に放射された電波が目標から反射された場合、この
アンテナ・アレイ面において基準アンテナ１１に対して
アンテナ１２に倒達する電波は位相がφだけ遅れている
。

そしてビームが向いた方向に対して各モジュールから取
出されるＩＦ倍信号同相であるためには、このφなる位
相遅れを打消すだけの位相差を局部発振信号で作る必要
があり、この位相差は送信時に用いたと同じ移相器７に
よって与えられる。

このときＩＦ信号出力として下側側帯波を用いるため式
（２）より局部発振信号により与えられる移相量＋φは
ＩＦ倍信号変換される時逆相の一一として与えられる。

このため、受信時において、受信信号の位相がφだけ遅
れている場合には、これを打ち消して同相にするために
、局部発振信号には、−一だけの移相量を与えなければ
ならない。

同様に受信信号の位相が＋φだけ進んでいる場合には、
局部発振信号には＋φだけの移相量を与えねばならない
。

このことによりθ。

方向から反射されてきた電波を受信するためには、アン
テナ１２の受信信号は、アンテナ１１の受信信号に対し
て、−φだけ位相が遅れているから、それに対する局部
発振信号の位相をｍ−だけ遅らせてやれば、ミキサの特
性により、各モジュールからは、同相のＩＦ倍信号取り
出され、θ０方向からの反射波を受信できる。

以上のような、位相操作によってθ。

方向に電波を放射し、そのθ。

方向からの反射波を受信することができる。

ここで−φという負の移相量は、実際の移相器において
は１周期遅らせて与えられる。

すなわち３６０°−φという移相量が移相器に与えられ
ることになる。

それで送信時に＋φ、受信時に３６０°−φという移相
量を適当な外部計算機によって独立に計算して移相器に
その移相量を送受別々に与えても正常な送受信を行なう
ことができる。

しかし、この方法では、同種の計算を２度行なう事にな
り、システム的に得策ではない。

そこで計算機によって計算する移相量は＋φに相当する
ものだけとし、受信時の移相量３６０°−φに相当する
ものは適当な処理によって得ることができれば、システ
ムの構成上極めて有効となる。

本考案は以上の点に着目してなされた新規なレーダ装置
を提供するもので、ディジタル移相器を使用し、これを
送信・受信に共用するフェーズド・アレイ・レーダ方式
において、受信時に局部発振信号を移相器を通して位相
偏移を与える場合には、送信時の移相量と受信時の移相
量とは互に補数の関係とする必要があり、これを行なう
方法として、本考案の装置は、受信時に、外部計算機を
用いて、移相量の計算を行なうのではなく、それと等価
な結果を得るための、簡単な、論理回路を構成したもの
である。

その論理回路は、排他的論理和回路を用い、その入力に
送信時の移相制御信号と送信時および受信時を区別する
制御信号とを与え、この排他的論理和回路の出力によっ
て送信時の位相と補数の関係となる位相を、受信時に自
動的に、移相器に与えるようにしたものである。

このように本考案においては移相器としてディジタル型
の移相器を用いているから、受信時には送信時に用いた
位相状態の２の複数をとることによって３６０−φに相
当した移相量が得られる。

ここで実際の応用面からは１の複数であっても差支えな
い。

以下この１の補数をとる方法として排他的論理和回路を
用いた場合について説明する。

まずこの排他的論理和回路の真理値表は次の表のとおり
である。

今、たとえばＮビット移相器のある１ビツトに注目すれ
ば、入力Ａを送信時にビームをある方向に向けるに必要
な移相器への信号とし、人力Ｂを１の補数をとるための
外部からの制御信号とし、この両人力Ａ、Ｂが加わった
場合の移相器への出力をＹとする。

上記においてＨを信号ありとし、Ｌを信号なしとすると
、入力Ｂ（制御信号）がある時のみ人力Ａの反転したも
のが出力Ｙに現われていることがわかる。

それ故人力ＢがＬのとき送信時、入力ＢがＨの時を受信
時と対応づければ、受信時のみ人力ＢがＨになる回路を
構成すればよい。

その例を第３図に示す。

第３図はディジタル型移相器の制御を行うための論理回
路図を示し、１３はＲ−Ｓフリップフロップ回路、１４
□、１４□・・・・・・１４３は排他的論理和回路であ
る。

いまレーダの送信パルス幅をτ、パルス繰返し周期をＴ
、任意の時刻ｔ。

を基準としてタイミングチャートをかくと第４図に示さ
れるようになる。

第４図はパルス繰返し周期がＴであるレーダシステムの
送信、受信を示すタイミングチャートである。

レーダではパルス幅τの間送信状態にあり、ｔｏ十τか
らｔ。

十Ｔまでのｔｌの間が受信状態となり、これらはｔ。

＋τ≦ｔ１≦ｔｏ＋’ｒなる関係にある。

そして次のパルスが送信されるまでの時間ｔ１は、レー
ダとしては受信並びに休止状態にあり、フェーズド・ア
レイ・レーダ等においてはこの時間内につぎの位相量の
計算、並びに状態変換を行なう。

前述のように送信されている間τは移相器には送信時の
移相量＋φに相当するものが、また受信時（ｔｏ＋τか
らｔ。

十Ｔまで）には３６０°−φの移相量に相当するものが
与えられる必要がある。

この送、受信時の位相の切換信号としてｔ。

−１１゜ｔｏ十でなる２種類のトリガパルスをレーダシ
ステムから供給されるようにして、第３図に示すような
論理回路を構成することによって、送信時には人力Ｂは
Ｌとなり、人力Ａがそのまま移相器に送られ、一方受信
時には入力ＢはＨとなり、入力Ａの反射されたもの、す
なわち１の補数がとられて移送器に送られることになる
。

そしてこの人力ＢのＨ，Ｌの切換は第３図に示したＲ−
Ｓフリップフロップ回路１３によって行なわれる。

以上のタイミングチャートを第５図に示す。

すなわち第５図は１個の移相器を送信、受信に使いわけ
するための制御信号を得るために必要な信号のタイミン
グチャートである。

このように排他的論理和回路１４を利用した制御回路を
用いることによって移相量の計算は１回で済み、また１
個の移相器を送信、受信に共用することができシステム
構成が簡略化できる。

なお以上の説明では入力Ａを送信時の信号とし、入力Ｂ
を送信時信号の制御信号とした場合について述べたが、
これと反射に入力Ａを受信時の信号となし、さらに制御
信号として上記人力Ｂの反転したものを用いれば、出力
Ｙには送信信号が得られることになる。

以上の説明から明らかなように、本考案によれば、１個
の移相器を送信・受信に共用することができ、かつ受信
系に与える移相量を外部計算機等によって計算する必要
がなく、自動的に所望の位相量を得ることができるので
、システムの簡単化等の路面でその効果は極めて大きい
。

そして特にアクティブ・フェーズド・アレイレーダに用
いて顕著な効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を適用するフェーズド・アレイレーダを
構成しているモジュール単体のブロック図、第２図は第
１図により構成されたフェーズドアレイレーダの動作説
明図、第３図は本考案に使用するディジタル型移相器の
制御を行うための論理回路図、第４図は第３図の論理回
路におけるタイミングチャート、第５図は第３図の動作
を説明するためのタイミングチャートである。 図において、７は移相器、１１．１２はアンテナ、１３
はフリップフロップ回路、１４は排他的論理和回路であ
る。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数個のアンテナ素子を配列してそれぞれのアンテナ素
   子の移相量を制御して合成された空中線ビームを任意の
   方向に指向するフェーズド・アレイ・レーダ方式におい
   て、ディジタル移相器、このディジタル移相器を制御す
   る排他的論理和回路、および送信時と受信時とを区別す
   る制御信号を出力するＲ−Ｓフリップフロップ回路を設
   け、上記ディジタル移相器を送信・受信に共用するごと
   くなし、かつ前記排他的論理和回路の入力に送信時の移
   相器制御信号と上記Ｒ−Ｓフリップフロップ回路からの
   送信時および受信時を区別する制御信号とを与え、その
   排他的論理和回路の出力によって送信時と補数の関係と
   なる移相量を受信時に自動的に前記ディジタル移相器に
   与えるよう構成したことを特徴とするレーダ装置。